- Провода "п-п" × 24
- Макетная плата × 1
- Arduino UNO × 1
- Резисторы на 1 мОМ × 8
- Динамик × 1
- Кнопка × 1
Библиотека CapacitiveSensor позволяет сделать из двух (или более) контактов Arduino емкостный датчик, способный определять электроемкость человеческого тела. Для создания такого датчика понадобятся резистор и провод. Будучи настроенным на наибольшую чувствительность, этот датчик начнет определять близость руки или человеческого тела в нескольких сантиметрах от себя.
Измерение электроемкости применяется в ситуациях, когда желательно, чтобы человек не прикасался к определенной поверхности. Таким образом, при помощи Arduino, библиотеки CapacitiveSensor и изоляционного материала (пластика, дерева, керамики и пр., но не металла) можно сделать так, чтобы датчик чувствовал прикосновение за полсантиметра от себя. Кроме того, это позволяет замаскировать датчик.
Емкостный датчик, покрытый бумагой или другим изолятором, также может работать в качестве неплохого датчика давления (с примерно экспоненциальным откликом). В некоторых приложениях он даже превосходит даже силоизмерительные резисторы.
- Для каждого сенсорного датчика требуется только один провод, подключенный к нему.
- Может быть скрыт под любым неметаллическим материалом.
- Можно легко использовать вместо кнопки.
- Может обнаружить руку с нескольких сантиметров.
Функция CapasitiveSensor() переключает отправляющий контакт платы в новое состояние, а затем ждет, пока принимающий контакт не примет то же состояние, что и отправляющий контакт. Чтобы синхронизировать изменение состояния у принимающего контакта, внутри цикла while() увеличивается специальная переменная. После этого функция возвращает значение переменной (в произвольных единицах измерения).
Чтобы сконструировать датчик, потребуется резистор (номиналом от 100 кОм до 50 МОм на свое усмотрение, я использую резистор на 1МОм для того, чтобы датчик считывал при нажатии), стоящий между отправляющим и принимающим (сенсорным) контактами. Принимающий контакт – это крайняя часть датчика. Датчик можно усовершенствовать, подключив к принимающему контакту кусочек алюминиевой фольги (при помощи провода). Можно покрыть бумагой, пластиком или другим изоляционным материалом – это обеспечит наилучший диапазон значений, определяемых датчиком.
Нажатия на кнопку отвечают за октаву в которой воспроизводятся ноты:
if (btn.click()) {
if (++mode >= MODE_AM) mode = 0;
}Предварительно в void loop() данные с сенсоров записываются в массив:
long total[7];
int idx = 0;
// Ставим чувствительность сенсоров
long total1 = cs_2_3.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total1;
long total2 = cs_2_4.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total2;
long total3 = cs_2_5.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total3;
long total4 = cs_2_6.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total4;
long total5 = cs_2_7.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total5;
long total6 = cs_2_8.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total6;
long total7 = cs_2_9.capacitiveSensor(3000); total[idx++] = total7; Далее в switch, относительно состояние мода(номера нажатия на кнопку), массив с данными передается в нужную нам функцию:
switch (mode) { //режим воспроизведения звука
case 0: octave_small(total);
break;
case 1: octave_1(total);
break;
case 2: octave_2(total);
break;
case 3: octave_3(total);
break;
}
//когда рука не касается сенсора ничего не воспроизводится
if (total1<=500 & total2<=500 & total3<=500 & total4<=500 & total5<=500 & total6<=500 & total7<=500/* & total8<=500*/)
noTone(speaker);В функции через tone() воспроизводится нота соответсвующая проводу + в serial port выводится сама нота, которая считывается через DataFromArduino.py:
void octave_small(long total[]) { // МАЛАЯ ОКТАВА
// Serial.println("\nsmall octave!\n");
//когда касаемся рукой сенсора, динамик воспроизводит звук
if (total[0] >500) { tone(speaker,131);Serial.println(131);} // ДО
if (total[1] >500) { tone(speaker,147);Serial.println(147);}// РЕ
if (total[2] >500) { tone(speaker,165);Serial.println(165);}// МИ
if (total[3] >500) { tone(speaker,175);Serial.println(175);}// ФА
if (total[4] >500) { tone(speaker,196);Serial.println(196);}// СОЛЬ
if (total[5] >500) { tone(speaker,220);Serial.println(220);}// ЛЯ
if (total[6] >500) { tone(speaker,247);Serial.println(247);}// СИ
// if (total[7] >500) { tone(speaker,262); // ДО 1АЯВот так выглядит схема:
В итоге должна получиться вот такая махина:
- Еще раз повторюсь, если вы хотите, чтобы срабатывало при нажатии, а не за км от датчика, то используйте резистор на 1 МОм (можно и больше).
- С резисторами с меньшим сопротивлением будет действовать на большем расстоянии(10-15см)
P.S. Кому интересно, тот может почитать подробнее, как работает библиотека CapacitiveSensor.h
В файле DataFromArduino.py я создал простецкий интерфейс с помощью модуля tkinter и связь c ArduinoUNO через serial. Сначала получаем список доступных COM-портов и инициализируем экземпляр объекта:
ports = serial.tools.list_ports.comports()
serialObj = serial.Serial()Далее создаю окно для нашего GUI. Фон пусть будет серым:
root = Tk()
root.config(bg='grey')Создаю функцию инициализрующую serial port:
def initComPort(index):
currentPort = str(ports[index])
comPortVar = str(currentPort.split(' ')[0])
print(comPortVar)
serialObj.port = comPortVar
serialObj.baudrate = 9600
serialObj.open()Кнопки для выбора порта:
for onePort in ports:
comButton = Button(root, text=onePort, font=('Calibri', '13'), height=1, width=45, command = functools.partial(initComPort, index = ports.index(onePort)))
comButton.grid(row=ports.index(onePort), column=0)Tkinter Canvas с выводом данных получаемых от Arduino:
dataCanvas = Canvas(root, width=600, height=400, bg='white')
dataCanvas.grid(row=0, column=1, rowspan=100)Решил сделать scrollbar, чтобы если окно данных выходит за пределы окна GUI, мы могли прокрутить его до самого низа, чтобы увидеть новые данные:
vsb = Scrollbar(root, orient='vertical', command=dataCanvas.yview)
vsb.grid(row=0, column=2, rowspan=100, sticky='ns')
dataCanvas.config(yscrollcommand = vsb.set)Привизяываем это все к GUI:
dataFrame = Frame(dataCanvas, bg="white")
dataCanvas.create_window((10,0),window=dataFrame,anchor='nw')Создаем функцию, которая позволит нам в цикле проверять наличие новых данных от нашего Arduino:
def checkSerialPort():
if serialObj.isOpen() and serialObj.in_waiting:
recentPacket = serialObj.readline()
recentPacketString = recentPacket.decode('utf').rstrip('\n')
note = freq_to_note(recentPacketString)
Label(dataFrame, text=note, font=('Calibri','13'), bg='white').pack()Конвертирую Гц из serial port'a в дефолтные ноты по этой формуле:
def freq_to_note(freq):
freqe = int(freq)
notes = ['A', 'A#', 'B', 'C', 'C#', 'D', 'D#', 'E', 'F', 'F#', 'G', 'G#']
note_number = 12 * math.log2(freqe / 440) + 49
note_number = round(note_number)
note = (note_number - 1 ) % len(notes)
note = notes[note]
return noteБесконечный цикл, который будет запускать наше окно GUI и проверять новые данные в фоновом режиме:
while True:
root.update()
checkSerialPort()
dataCanvas.config(scrollregion=dataCanvas.bbox("all"))В итоге должно получиться так:
